วันพฤหัสบดีที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2551

บทที่ 10 โปรโตคอลและเทคโนโลยีมัลติมีเดีย

กล่าวนำ

คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ได้รับพัฒนาให้ใช้งานในลักษณะของมัลติมีเดีย หรือภาพและเสียงอย่างจริงจังเมื่อประมา 5-6 ปีที่แล้วนี้เอง ซึ้งก่อนหน้านั้นคอมพิวเตอร์เรายังมีความเร็วที่ต่ำเกินไป จึงทำงานได้เฉพาะข้อมูลที่เป็นภาพนิ่งหรือเสียงอย่างใดเพียงอย่างหนึ่งเท่านั้นเอง ไม่สามารถจัดเก็บภาพเคลื่อนไหว เช่นการ์ตูนหรือภาพยนตร์พร้อมกับเสียงแล้วนำมาแสดงผลทางหน้าจอได้


-ความเป็นมาของเทคโนโลยีมัลติมีเดีย Internet

ในยุคของอินเตอร์เน็ตเมื่อคอมพิวเตอร์ติดต่อสื่อสารกันได้ทั่วโลก การนำมัลติมีเดียมาใช้รับส่งข้อมูลก็เป็นสิ่งที่ทุกคนต้องการ เนื่องจากตัวเครื่องคอมพิวเตอร์นั้นออกแบบมาให้รอบรับการส่งข้อมูลในรูปแบบของมัลติมีเดียได้อยู่แล้ว แต่ว่าเครือข่ายอินเตอร์เน็ตนั้นไม่ได้ถูกออกแบบมาให้รองรับการส่งข้อมูลในรูปแบบของมัลติมัเดีย ทำให้โลกของมัลติมีเดียกับอินเตอร์เน็ตยังไปด้วยกันไม่ได้ ซึ่งข้อจำกัดของการใช้งานมัลติมีเดียบนอินเตอร์เน็ตก็คือ ความเร็วในการรับส่งข้อมูลผ่านอินเตอร์เน็ต และโปรโตคอลที่จะใช้รับส่งข้อมูลมัลติมีเดียนั่งเอง

-Multicast Protocol

ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้รับส่งข้อมูลผ่านอินเตอร์เน็ต ในลักษณะกระจายข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังผู้รับหลายๆ จุด หรือที่เรียกว่า Broadcast โดยเริ่มใช้ตั้งแต่เดือนพฤษภาคม ปี 1993 เรียกว่า RFC 1458 มีเป้าหมายหลักคือ การรับส่งข้อมูลผ่านอินเตอร์เน็ตไปยังผู้รับหลายๆ คน ทั้งในลักษณะการส่งแบบต่อเนื่องตลอดเวลาและแบบไม่ต่อเนื่อง เพื่อกระจายข้อมูลภาพให้ผู้รับนำไปใช้วอเคราะห์ข้อมูล, แสดงภาพประกอบรายงาน และใช้ในกิจกรรมการประชุมทางโทรภาพ (Video Conference) ซึ่งโปรโตคอลที่ใช้รับส่งข้อมูลภาพในแบบกระจายนี้ จะช่วยแก้ปัญหาในการรับส่งข้อมูลแบบจุดต่อจุดของโปรโตคอลแบบเก่าได้ และมีกลไกการควบคุมให้สามารถรับส่งข้อมูลแบบต่อเนื่องได้ดียิ่งขึ้นการรับส่งข้อมูล Multicast จะใช้โปรโตคอล IP/Multicast เป็นส่วนขยายของ IP โปรโตคอลปกติ ซึ่งโปรโตคอลนี้จะไม่มีกลไกในการกำหนด address ของผู้รับ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่ต้องการรับข้อมูลจะส่งคำขอรับข้อมูล Multicast โดยใส่ IP ของเครื่องผู้รับลงในกลุ่มที่จะรับข้อมูล Multicast นั้นๆ เมื่อข้อมูล Multicast ถูกส่งออกมาถึงเครือข่ายผู้รับ ก็จะได้รับข้อมูลเหมือน IP โปรโตคอลปกตินั่นเอง การรับข้อมูล Multicast จะถูกควบคุมโดย Router ในเครือข่ายเป็นหลัก เมื่อคอมพิวเตอร์นั้นๆ ไม่ต้องการรับข้อมูล Multicast อีกต่อไป ก็จะส่งคำสั่งลบ IP ของตัวเองออกจากกลุ่มที่จะรับข้อมูล Multicast นั้น กลไกการขอรับข้อมูลและยกเลิกการรับข้อมูล Multicast นี้จะเกิดขึ้นตลอดเวลาในระบบเครือข่าย ซึ่งจะมีกลไกที่เกี่ยวข้องอีกหลายส่วนประกอบกัน คือ Multicast Group Address Assignment, Group Setup, Membership Maintenance, Error Recovery และ Flow Control โดยปกติเครือข่ายจะมีการตรวจสอบกลุ่มผู้รับเป็นระยะๆ ว่ามีใครเพิ่มขึ้นมาหรือมีใครถูกลบออกไปจากกลุ่มบ้าง ซึ่งอาจจะตรวจสอบทุกหนึ่งนาที สองนาที หรือตามเวลาที่ตั้งไว้


- MBONE

เป็นเครือข่ายที่ซ้อนอยู่บนอินเตอร์เน็ตในลักษณะของ Virtual Private Network หรือ VPN เพื่อใช้เครือข่ายของ MBONE (Multicast Backbone) ในการรับส่งข้อมูลแบบกระจาย หรือ Multicast ผ่านอินเตอร์เน็ต เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วเครือข่ายเกือบทั้งหมดของอินเตอร์เน็ต ยังไม่สามารถรับส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งไปให้ผู้รับหลายๆ จุด ในแบบ Multicast ได้ เพียงแต่สามารถรับส่งข้อมูลในลักษณะกระจายหรือ Multicast ผ่านอินเตอร์เน็ต อุปกรณ์เครือข่ายเชื่อมต่ออยู่ เช่น Router จะไม่สามารถรับข้อมูลแบบจุดต่อจุด คือ ต้องมี Address ของผู้รับจึงจะสามารถส่งข้อมูลนั้นต่อไปให้ผู้รับได้อย่างถูกต้อง แต่ข้อมูลที่เป็นแบบ Multicast จะไม่มีการระบุ Address ของผู้รับ คือข้อมูลจะถูกส่งไปตามเครือข่าย ใครที่ต้องการรับข้อมูลนั้นก็จะดึงข้อมูลที่ถูกส่งผ่านมาเก็บไปใช้งานเอาเอง โดยไม่มีการเจาะจง Address ของผู้รับ ดังนั้น MBONE จึงเข้ามาทำหน้าที่ในการกระจายข้อมูล Multicast นี้เอง โดยทำตัวเป็นเครือข่ายซ้อนอยู่บนอินเตอร์เน็ต เมื่อได้รับข้อมูล Multicast มาก็จะกระจายข้อมูลนั้นไปให้ผู้รับตามต้องการผ่านเครือข่ายของอินเตอร์เน็ต โดยจะใช้เทคนิคที่เรียกว่า Tunneling ผนึกข้อมูล Multicast นั้น แล้วแปลงให้อยู่ในรูป IP ปกติ ส่งไปให้ผู้รับทุกคนที่ต้องการ

รูปเครื่อข่ายของ MBONE ที่ใช้งานกันจริงซึ่งแยกออกต่างหากจอินเตอร์เน็ต แต่มีอยู่บางจุดเชื่อมต่อกัน



-Real-Time Streaming Protocol ( RTSP : RFC 2326 )

Real-Time Streaming Protocol หรือ RTSP เป็นโปรโตคอลที่ใช้รับส่งข้อมูลมัลติมีเดียระหว่างเซิร์ฟเวอร์กับคอมพิวเตอร์ปลายทาง ซึ่งจะทำให้การรับส่งข้อมูลต่อเนื่องผ่านอินเตอร์เน็ต โดยตัวเซิร์ฟเวอร์ด้านผู้ส่งสามารถส่งข้อมูลไปให้ผู้รับปลายทางเพียงคนเดียว หรือจะส่งไปให้ผู้รับหลายๆ คนในลักษณะเป็นกลุ่มก็ได้ ซึ่ง RTSP ถูกกำหนดให้เป็นโปรโตคอลที่นำไปใช้ในอินเตอร์เน็ตโดย Internet Engineering Task Force (IETF) ในเดือนเมษายน ปี ค।ศ। 1998 เรียกว่า RFC 2326

RTSP เป็นการกำหนดมาตรฐานโปรโตคอลที่สำคัญมากในการรับส่งข้อมูลมัลติมีเดียผ่านอินเตอร์เน็ต เนื่องจากการรับส่งข้อมูลมัลติมีเดียในแบบต่อเนื่องนั้นจะมีส่วนต่างๆ ที่เกี่ยวโยงกันถึง 3 ส่วน คือ เซิร์ฟเวอร์ที่เก็บข้อมูล , Encoder ที่ใช้เข้ารหัสข้อมูล และผู้รับข้อมูลหรือ Player ตัวเข้ารหัสข้อมูลหรือ Encoder นั้นจะต้องเข้ารหรัสข้อมูลมัลติมีเดียเก็บลงในไฟล์โดยมีฟอร์แมตที่เซิร์ฟเวอร์ที่เรียกใช้งานได้ และเมื่อเซิร์ฟเวอร์ต้องการส่งข้อมูลนี้ไปให้ผู้รับ ก็จะต้องใช้โปรโตคอลรับส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่องที่ผู้รับเข้าใจ และสามารถรับข้อมูลได้อย่างถูกต้อง จากนั้นเมื่อได้รับข้อมูลมาแล้วก็จะต้องถอดรหัสข้อมูลออกแสดงผลได้ โดยใช้มาตรฐานเดียวกันกับตัวเข้ารหัส การทำงานทั้งหมดจึงผูกกัน ซึ่ง RTSP จะอยูในส่วนโปรโตคอลที่ใช้รับส่งข้อมูลจากดซิร์ฟเวอร์ไปให้ผู้รับนั่นเอง

แม้ว่า RTSP จะมีความสำคัญในการรับส่งข้อมูลมัลติมีเดียผ่านอินเตอร์เน็ตก็ตาม แต่ก็ไม่ใช่สิ่งเดียวที่ทำให้การรับส่งข้อมูลสมบูรณ์ได้ เรายังต้องการฟอร์แมตมาตรฐานของไฟล์ที่ใช้เก็บข้อมูลมัลติมีเดียอีกด้วย เช่น Active Streaming Format (ASF) ของไมโครซอฟต์ , QuickTime หรืออื่นๆ เพื่อเก็บข้อมูล รวมถึงมาตรฐานการเข้ารหัสข้อมูล เช่น MPEG สำหรับใช้เข้ารหัสข้อมูลมัลติมีเดียเก็บลงไฟล์อีกด้วยRTSP จะทำหน้าที่ควบคุมการรับส่งข้อมูลมัลติมีเดียอย่างต่อเนื่องระหว่างเซิร์ฟเวอร์ที่เก็บข้อมูลกัยคอมพิวเตอร์ผู้รับข้อมูล โดยมีไฟล์ฟอร์แมตสำหรับเก็บข้อมูล เช่น ASF , QuickTime หรืออื่นๆ ซึ่งการสร้างไฟล์ข้อมูลมัลติมีเดียนี้ก็ได้มาจากการนำข้อมูลมาทำการเข้ารหัสโดยใช้ตัวเข้ารหัส เช่น MPEG นั่งเอง ซึ่งในปัจจุบันซอฟต์แวร์ที่ใช้เล่นข้อมูลมัลติมีเดียก็ใช้ RTSP ในการรับส่งข้อมูลทั้งหมดทั้งนั้น เช่น QuickTime Version 4 , Real System G2 และ Windows Media Player เป็นต้น

รูปความสัมพันธ์ของข้อมูลมัลติมีเดีย


เราอาจสงสัยว่าทำไมไม่ใช้ Hyper Text Transfer Protocol หรือ HTTP ในการรับส่งมัลติมีเดียผ่านอินเตอร์เน็ต เหตุผลก็คือ HTTP เป็นโปรโตคอลที่ถูกออกแบบมาให้รับส่งข้อมูลผ่าน TCP ซึ่งเน้นหนักไปทางความเชื่อถือได้ในการรับส่งข้อมูล (คือข้อมูลไม่สุญหายระหว่างทาง) โดยไม่สนใจเวลาที่ใช้รับส่งข้อมูล ดังนั้นเมื่อนำ HTTP มาใช้รับส่งมัลติมีเดียที่ต้องการความต่อเนื่องของข้อมูลก็จะเกิดปัญหาขึ้น คือข้อมูลที่ได้รับอาจหายไปเป็นช่วงๆ จึงต้องใช้ RTSP แทน เพื่อให้รับส่งข้อมูลได้อย่างต่อเนื่องและสามารถรับส่งข้อมูลในลักษณะกระจาย (multicast) ได้ ทำให้ RTSP เหมาะสำหรับการรับส่งข้อมูลภาพ และเสียงผ่านอินเตอร์เน็ตมากกว่า


-MPEG และ MP3


ในการเก็บข้อมูลเสียงสำหรับส่งผ่านอินเตอร์เน็ต หรือใช้งานในเครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคแรกๆ นั้น เราจะเก็บข้อมูลเสียงโดยใช้ไฟล์ฟอร์แมตที่เรียกว่า WAV ซึ่งจะแปลงสัญญาณเสียงให้อยู่ในรูปของสัญญาณอนาล็อก มาเป็นสัญญาณดิจิตอลผ่านทางซาวด์การ์ด แต่ข้อเสียของๆ ไฟล์ที่เห็บในฟอร์แมตของ WAV ก็คือต้องใช้เนื้อที่มากในการเก็บข้อมูลเสียงดังกล่าว ยิ่งถ้าต้องการให้เสียงมีคุณภาพดีมากขึ้นเท่าไหร่ก็ยิ่งเปลืองเนื้อที่เก็บข้อมูลบนฮาร์ดิสก์มากยิ่งขึ้นเท่านั้น ในการเก็บข้อมูลเสียงให้มีคุณภาพเหมือน Compact Disc (CD) ที่เราใช้ฟังเพลงกันอยู่ในปัจจุบัน จะต้องใช้ข้อมูลขนาด 16 บิต เก็บข้อมูลเสียงด้วยความถี่ในการแปลงสัญญาณอนาล็อกมาเป็นสัญญาณดิจิตอล 44,000 ครั้งต่อวินาทีต่อข้าง หรือต่อ Channel หากคิดเป็นจำนวนบิตในการเก็บข้อมูลแบบสเตริโอก็จะได้เท่ากับ 16 บิต x 44,000 ครั้งต่อวินาที x 2 Channel = 1।40 เมกะบิต หมายความว่าข้อมูลเสียงระดับ CD สเตริโอจะใช้เนื้อที่ 1।4 ล้านบิต เพื่อเก็บข้อมูลเสียงเพียง 1 วินาทีเท่านั้น ซึ่งเพลงทั่วๆ ไปมีความยาว 3 นาที ก็จะต้องใช้เนื้อที่เก็บบนฮาร์ดดิสก์เท่ากับ 3 นาที x 60 วินาที x 1।40 เมกะบิต หรือประมาณ 31 เมกะบิต ต่อเพลงที่มีความยาว 3 นาที ซึ่งจะเห็นว่าต้องใช้เนื้อที่มหาศาลในการเก็บทีเดียว และเมื่อต้องการส่งข้อมูลเสียงนี้ไปให้ผู้อื่นผ่านอินเตอร์เน็ต ก็ต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงเช่นกัน เพื่อเพลงที่มีความยาวเพียง 3 นาทีเท่านั้น ดังนั้นการใช้ไฟล์ WAV จึงไม่ใช่ทางเลือกที่ดีในการรับส่งข้อมูลผ่านอินเตอร์เน็ต


เราจำเป็นต้องบีบหรือย่อขนาดข้อมูลเสียงลง เพื่อทำให้ใช้เนื้อที่ในการจัดเก็บข้อมูลน้อยกว่านี้ และสามารถส่งผ่านอินเตอร์เน็ตได้เร็วขึ้น ซึ่งคณะทำงาน MPEG หรือ Moving Picture Experts Group ได้พัฒนาการลดขนาดข้อมูลภาพและเสียงที่เรียกว่า MPEG1 และ MPEG2 ขึ้นมาใช้สำหรับเข้ารหัสวีดีโอเพื่อเก็บลงในระบบคอมพิวเตอร์ให้มีขนาดไฟล์เล็กลงนับสิบเท่า โดยยังมีคุณภาพใกล้เคียงกับต้นฉบับ การเข้ารหัสแบบ MPEG1 และ MPEG2 นี้จะใช้การลดขนาดข้อมูลหลายวิธีร่วมกันเพื่อลดข้อมูลที่ซ้ำซ้อนลง รวมทั้งการเข้ารหัสข้อมูลภาพและเสียงโดยใช้คณิตศาสตร์ช่วย สาเหตุหนึ่งที่ MPEG1 และ MPEG2 สามารถลดขนาดข้อมูลลงได้หลายสิบเท่า ก็เนื่องมาจากข้อมูลที่ผ่านการเข้ารหัส MPEG แล้ว เมื่อถอดรหัสกลับมาจะได้ข้อมูลภาพและเสียงที่ "ใกล้เคียง" กับต้นฉบับเท่านั้น แต่จะไม่เหมือนกับต้นฉบับ 100% การลดขนาดของข้อมูลด้วยวิธีนี้เรียกว่า Destructive Compression (หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Lossy Compression) คือ จะมีบางส่วนขาดหายไปโดยไม่สามารถเรียกกลับคืนมาได้ ซึ่งเมื่อเรานำวิธีนี้ไปใช้ลดขนาดข้อมูลภาพและเสียง ข้อมูลที่ถอดรหัสออกมาจะใกล้เคียงกับต้นฉบับพอที่สายตาและหูของมนุษย์จะไม่สามารถแยกความแตกต่างได้มากนัก แต่เราจะไม่สามารถนำวิธีการนี้ไปใช้ลดขนาดข้อมูลประเภทโปรแกรมคอมพิวเตอร์หรือไฟล์ข้อมูลทั่วไปได้ เนื่องจากข้อมูลเหล่านั้นหากถอดรหัสกลับมาแล้วไม่เหมือนเดิม 100% ก็จะใช้งานไม่ได้เลย ข้อมูลเหล่านั้นจึงต้องใช้การลดขนาดข้อมูลที่เรียกว่า Non-Destructive Compression หรือที่รู้จักกันดีอีกชื่อหนึ่งคือ Lossless Compression แทน ซึ่งวิธีนี้จะถอดรหัสข้อมูลเดิมกลับคืนมาได้ครบทุกบิต (เช่นที่ใช้กับโปรแกรม Winzip) แต่ก็จะลดขนาดของข้อมูลลงได้ไม่กี่เท่าเมื่อเทียบกับขนาดเดิม คือลดขนาดได้น้อยกว่าวิธีแบบ Lossy Compression เป็นสิบเท่าทีเดียว


-QuickTime

QuickTime เป็นซอฟต์แวร์ที่ใช้สำหรับแสดงผลข้อมูลมัลติมีเดียในระบบคอมพิวเตอร์ ที่ได้รับความนิยมอย่างสูงอย่างหนึ่ง เป็นผลิตภัณฑ์ของบริษัท Apple Computer ซึ่งนับเป็นระบบซอฟต์แวร์รุ่นแรกๆ ที่ใช้งานข้อมูลแบบมัลติมีเดียเลยทีเดียว คุณสมบัติเด่นๆ ของ QuickTime ก็คือ สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลายอย่าง เช่น แสดงผลข้อมูลผ่านอินเตอร์เน็ต , CD-ROM , DVD ฯลฯ และใช้ได้ทั้งกับเครื่องแมคอินทอชและพีซีทั่วไป มีฟังก์ชันการใช้งานและลูกเล่นหลายชนิด และสามารถรองรับข้อมูลชนิดอื่น (นอกจากภาพและเสียง) ให้แสดงผลร่วมกันเป็นอย่างดีได้อีกด้วย เช่น คอมพิวเตอร์กราฟิก , VR (Virtual Reality) และการแสดงผลแบบสามมิติ (3D) นอกจากนี้ QuickTime ยังสามารถทำงานอื่นๆ ได้อีก เช่น การสร้างและแก้ไขข้อมูลมัลติมีเดีย เป็นต้น

ไม่มีความคิดเห็น: